(57)【要約】【課題】装荷素子およびヘリックスの組立精度を向上する。【解決手段】筒状の外囲器９、外囲器９の一方の端部に取り付けられて、外囲器の内部に電子ビームを照射する電子銃、および、外囲器９の他方の端部に取り付けられて、電子ビームの電子を捕捉するコレクタを備える。外囲器９の内面に、外囲器９の軸に平行に外囲器９と一体に複数のベイン１４が形成される。外囲器９の内部には、ヘリックス４が外囲器９と同軸に配置される。ヘリックス４は、ベイン１４と離隔して、ヘリックス４の外周面と外囲器９の内面の間に介在する３以上の支持体８で、外囲器９から離隔して支持される。そして、外囲器９の内径と３以上の支持体８が内接する円の外径とが、焼きばめの関係である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の外囲器と、
前記外囲器の一方の端部に取り付けられて、前記外囲器の内部に電子ビームを照射する電子銃と、
前記外囲器の他方の端部に取り付けられて、前記電子ビームの電子を捕捉するコレクタと、
前記外囲器の内面に、前記外囲器の軸に平行に前記外囲器と一体に形成された複数の装荷素子と、
前記外囲器の内部に、前記外囲器と同軸に配置される螺旋型伝送線路と、
前記装荷素子と離隔して、前記螺旋型伝送線路の外周面と前記外囲器の内面の間に介在し、前記螺旋型伝送線路を前記外囲器から離隔して支持する３以上の支持体と、
を備え、
前記外囲器の内径と前記３以上の支持体が内接する円の外径とが、焼きばめの関係であるへリックス型進行波管。
【請求項２】
前記装荷素子は、前記外囲器とともに押し出し成型された、または、前記外囲器の内面に切削加工で形成された請求項１に記載のへリックス型進行波管。
【請求項３】
前記支持体は、前記外囲器の軸に平行な中心軸を有する円柱形状である請求項１または２に記載のへリックス型進行波管。
【請求項４】
４以上の前記支持体を備える請求項１ないし３のいずれか１項に記載のへリックス型進行波管。
【請求項５】
筒状の外囲器と、前記外囲器の内部に電子ビームを照射する電子銃と、前記電子ビームの電子を捕捉するコレクタと、前記外囲器の内部に前記外囲器と同軸に配置される螺旋型伝送線路と、前記螺旋型伝送線路の外周面と前記外囲器の内面の間に介在し、前記螺旋型伝送線路を前記外囲器から離隔して支持する３以上の支持体と、を備えるヘリックス型進行波管の製造方法であって、
内径が、前記螺旋型伝送線路の外周面に接合された前記３以上の支持体が内接する円の外径と焼きばめの関係である前記外囲器、および、前記外囲器の内面に前記外囲器と一体に、前記外囲器の軸に平行な複数の装荷素子、を形成する外囲器形成工程と、
前記螺旋型伝送線路の外周面に前記支持体を接合して接合体を形成する工程と、
前記外囲器の中心軸と前記外囲器の内面の前記支持体を固定する位置との距離を、前記接合体の前記螺旋型伝送線路の中心軸から前記支持体の外面までの距離より大きく、前記外囲器を変形させる変形工程と、
前記変形工程で変形させた前記外囲器に、前記接合体を、前記螺旋型伝送線路の中心軸と前記外囲器の中心軸が一致するように挿入する工程と、
前記変形させた外囲器の中心軸と前記外囲器の内面の前記支持体を固定する位置との距離を、前記接合体の前記３以上の支持体が内接する円の外径と焼きばめの関係になる距離に復元する工程と、
を備えるヘリックス型進行波管の製造方法。
【請求項６】
前記変形工程において、前記外囲器の温度を前記支持体の温度より高くして、前記外囲器の内径を前記螺旋型伝送線路に接合した前記支持体の外形より大きくする請求項５に記載のヘリックス型進行波管の製造方法。
【請求項７】
前記変形工程において、前記外囲器を弾性変形させて、前記外囲器の中心軸と前記外囲器の内面の前記支持体を固定する位置との距離を、前記螺旋型伝送線路の中心軸から前記支持体の外面までの距離より大きくする請求項５に記載のヘリックス型進行波管の製造方法。
【請求項８】
前記外囲器形成工程では、前記複数の装荷素子を外囲器とともに押し出し成型する、または、切削加工で形成する請求項５ないし７のいずれか１項に記載のヘリックス型進行波管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘリックス型進行波管およびヘリックス型進行波管の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘリックス型進行波管において、進行波管に入力した電磁波は導電性ヘリックス（螺旋型伝送線路）の遅波回路に沿って伝播する。電磁波は遅波回路にて電子ビームとの間で相互作用を行い増幅されて出力される。ヘリックスは誘電体のヘリックス支持体によって、内部が真空に保持される金属製の外囲器から絶縁された状態で電子管内に固定されている。ヘリックス型遅波回路を広帯域化する場合には、遅波回路が広い周波数に対し一定の位相速度をもつ必要がある。外囲器の内側にベインなどと称される段のついた構造物（装荷素子）を設置することで、周波数に対して遅波回路を伝播する電磁波の位相速度が一定となり広帯域化に効果がある。
【０００３】
ヘリックス型進行波管の特性を均一にするために、ベインの位置を正確に一定にする必要がある。例えば、特許文献１には、外囲器内側に軸に平行に備える複数の凸部を、外囲器内側に凸状に突起した一体構造とすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実公平７−２８６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
外囲器から独立した構造のベインを進行波管内に組み立てる場合、ヘリックスおよびヘリックス支持体と共にベインを外囲器に挿入する方法がある。この方法でベインを組み立てる際にはベインとヘリックス支持体を接着剤によって接合した後に外囲器に挿入する。しかし、その方法では接着剤がベインとヘリックス支持体の間に毛細管現象により入り込むため、不要な隙間がベインとヘリックス支持体間に発生し組み立て精度を出すことが困難となる。
【０００６】
特許文献１のヘリックス型進行波管では外囲器を外圧により変形させてベインを形成しているので、ベインとヘリックス支持体を接合して挿入する必要がない。しかし、外囲器を塑性変形しているので、外囲器の真円を保って加工することが困難である。外囲器の真円が保てないことによりヘリックス支持体と外囲器との嵌め合い精度が低く、ヘリックスと外囲器の中心軸を一致させる組立精度を出すことが困難である。
【０００７】
本発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、装荷素子およびヘリックスの組立精度を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の観点に係るヘリックス型進行波管は、筒状の外囲器、外囲器の一方の端部に取り付けられて、外囲器の内部に電子ビームを照射する電子銃、および、外囲器の他方の端部に取り付けられて、電子ビームの電子を捕捉するコレクタを備える。外囲器の内面には、外囲器の軸に平行に外囲器と一体に複数の装荷素子が形成される。外囲器の内部には、螺旋型伝送線路が外囲器と同軸に配置される。螺旋型伝送線路は、装荷素子と離隔して、螺旋型伝送線路の外周面と外囲器の内面の間に介在する３以上の支持体で、外囲器から離隔して支持される。そして、外囲器の内径と３以上の支持体が内接する円の外径とが、焼きばめの関係である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、装荷素子とヘリックス支持体間に接着剤が入り込むことがなく、ヘリックス支持体と外囲器の間の組立精度が向上する。その結果、装荷素子およびヘリックスの組立精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係るヘリックス型進行波管の構成を示す断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面から電子銃側を見た斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るヘリックス型進行波管の断面図である。
【図４】図３のヘリックス型進行波管における外囲器単体の断面図である。
【図５】図３のヘリックス型進行波管におけるヘリックスおよびヘリックス支持体の断面図である。
【図６】実施の形態１に係る挿入過程の例を示す図である。
【図７】実施の形態１に係る挿入過程の異なる例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係るヘリックス型進行波管の断面図である。
【図９】本発明の実施の形態３に係るヘリックス型進行波管の断面図である。
【図１０】実施の形態３に係るヘリックス型進行波管の異なる例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。
【００１２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態に係るヘリックス型進行波管の構成を示す断面図である。ヘリックス型進行波管１０は、電子銃１、外囲器９、螺旋型伝送線路（以下、ヘリックスという）４およびコレクタ７を備える。外囲器９には、入力窓５と出力窓６が形成されている。外囲器９の外側に、リング状の永久磁石２とポールピース３が、外囲器９の軸方向に交互に配置される。ヘリックス４は、ヘリックス支持体８（以下、支持体８と略す場合がある）によって、外囲器９の内部に外囲器９と中心軸が一致するように、外囲器９から離隔して支持される。入力窓５から電磁波が入力され、ヘリックス型進行波管１０で増幅されて、出力窓６から出力される。
【００１３】
ヘリックス４は、例えば、タングステンで形成され、その表面が金で被覆される。ヘリックス４を支持固定しているヘリックス支持体８は、例えば、Ａｌ２０３、ＢＮ、ＡｌＮ、ＢｅＯ等の誘電体で形成される。ヘリックス４および支持体８を収納する外囲器９は、例えばＦｅまたはＣｕＮｉ等の金属で形成され、その内部は真空に維持される。電子銃１から照射された電子ビームの電子は、コレクタ７で捕捉される。図２は、図１のＡ−Ａ断面から電子銃１側を見た斜視図である。図１には示されていないが、ヘリックス支持体８を挟むように、ベイン（装荷素子）１４が配置されている。
【００１４】
図３は、本発明の実施の形態１に係るヘリックス型進行波管の断面図である。図３は、図１の線分Ａ−Ａで示すヘリックス４がある部分における外囲器９内部の断面を示す。ベイン１４は押出成型又は切削加工などにより外囲器９の内側に、外囲器９の中心軸に平行に形成される。図３に示す例では、ヘリックス４を支持するヘリックス支持体８が、外囲器９の中心軸に直行する断面で、１２０°の間隔で設けられている。ヘリックス支持体８は、外囲器９の内面とヘリックス４の外周面の間に介在し、ヘリックス４を外囲器９から離隔して支持する。また、ベイン１４は外囲器９より内面に張り出す形であるがヘリックス４からは完全に離れているため、ヘリックス４と外囲器９の間は絶縁が保たれる。
【００１５】
図４は、図３のヘリックス型進行波管における外囲器単体の断面図である。ベイン１４の仮想径１５の中心は、ヘリックス４の中心と一致することが望ましい。図５は、図３のヘリックス型進行波管におけるヘリックスおよびヘリックス支持体の断面図である。ヘリックス支持体８の仮想径１６は、ヘリックス４の中心軸に直交する断面において、ヘリックス４の外周面に接合する複数のヘリックス支持体８が内接する円の直径である。ヘリックス支持体８の仮想径１６と外囲器９の内径は呼び寸法が同じである。
【００１６】
ヘリックス型進行波管１０は、以下のように作用する。図１に示すヘリックス型進行波管１０おいて、電子銃１で電子ビームが生成され、電子ビームが外囲器９の中心軸の方向に照射される。発生した電子ビームは永久磁石２およびポールピース３によって一定の径に保たれてヘリックス４内を進む。
【００１７】
入力窓５からは電磁波が入力されヘリックス４を伝播する。ヘリックス４上の電磁波の（ヘリックス４の中心軸方向の）速度と、ヘリックス４の中を通る電子ビームの速度をほぼ同じにすることにより、相互作用を繰り返しながらエネルギー増幅を行う。電磁波はヘリックス４を伝播する間に電子ビームと相互作用を行い増幅されて出力窓６より出力される。電子ビームの電子はヘリックス４内を通過した後、コレクタ７にて捕捉される。
【００１８】
上術の電磁波増幅を安定して行うためには、外囲器９およびベイン１４の径の中心を電子ビームが偏心せずに通ることが必要となる。したがってヘリックス４の組立精度を上げてヘリックス４の中心軸と外囲器９の中心軸を一致させることが必要となる。外囲器９、ヘリックス４およびヘリックス支持体８それぞれの加工精度が同じであっても、ヘリックスおよびヘリックス支持体８を、外囲器９に挿入して固定する方法によって、ヘリックス４の中心軸と外囲器９の中心軸の一致度が変化する。以下、ヘリックス４の組立精度を決定する、本実施の形態のヘリックス４およびヘリックス支持体８の挿入方法について説明する。
【００１９】
外囲器９に挿入する前に、ヘリックス４の中心軸に直行する断面において１２０°の間隔で、ヘリックス４の外径に接着剤を用いてヘリックス支持体８を仮止めして接合体を構成する。ベイン１４が外囲器９と一体に形成されているため、外囲器９への挿入部品はヘリックス４およびヘリックス支持体８のみである。接着剤等を用いて仮止めして支持体８と共にベイン１４を挿入したり、支持体８を挿入する前に独立してベイン１４を挿入する必要はない。
【００２０】
本実施の形態では、図５に示すヘリックス支持体８の仮想径１６と外囲器９の内径が焼きばめの関係になるように、外囲器９、ヘリックス４およびヘリックス支持体８の寸法を調整しておく。ここで焼きばめとは、しまりばめの一種であって、強圧入、焼きばめもしくは冷しばめのしめしろであるはめあいの種類をいう。例えば、穴（外囲器の内径）の公差域クラスがＨ６またはＨ７であって、軸（接合体の仮想径１６）の公差域クラスがｒ５またはｓ６、ｔ６、ｕ６もしくはｘ６であるような場合をいう。
【００２１】
ヘリックス４とヘリックス支持体８を仮止めした接合体を外囲器９に挿入するには、ヘリックス支持体８の仮想径１６と外囲器９内径が同じであることから、外囲器９を高温にして熱膨張を利用して挿入する方法を用いることができる。図６は、実施の形態１に係る挿入過程の例を示す図である。図６は、外囲器９の温度をヘリックス４およびヘリックス支持体８の温度より高くして、挿入する場合を示す。外囲器９を高温に熱することで、外囲器９が常温と比較して膨張し外囲器９の内径が大きくなる。図６では、外囲器９の内径を誇張して描いている。実際には、仮想径１６のヘリックス４および支持体８の接合体が通る大きさであればよい。
【００２２】
外囲器９を高温に保持しておき、ヘリックス４および支持体８の接合体を、常温の外部環境から高温の外囲器９へ挿入する。挿入したのち、外囲器９とヘリックス４の中心軸が一致するように保持したまま、外囲器９の温度を常温に冷却する。その際ヘリックス支持体８の仮想径１６は外囲器９内径と焼きばめの関係にあることから、外囲器９が常温に冷却されると、しめしろ分の圧力によりヘリックス支持体８と外囲器９が接合される。よってヘリックス支持体８と外囲器９の間に接着剤を使用せず接合することができる。
【００２３】
外囲器９にヘリックス４および支持体８の接合体を挿入して固定したのち、永久磁石２およびポールピース３を外囲器９の周りに取り付け、入力窓５と出力窓６を形成する。そして、電子銃１およびコレクタ７を外囲器９の両端に取り付けて、ヘリックス型進行波管１０の製造が完了する。外囲器９にヘリックス４および支持体８を固定したのちは、従来の製造方法によって組み立てることができる。
【００２４】
図７は、実施の形態１に係る挿入過程の異なる例を示す図である。ヘリックス４および支持体８の接合体を外囲器９に挿入する別の方法として、常温にて外囲器９を弾性変形させて挿入する方法を用いることもできる。図７は、外囲器９を弾性変形させて、ヘリックス４およびヘリックス支持体８を挿入する場合を示す。外囲器９を弾性変形させて、外囲器９の中心軸と外囲器９の内面の支持体８を固定する位置との距離を、接合体におけるヘリックス４の中心軸から支持体８の外面までの距離より大きくする。
【００２５】
例えば、図７に示すように、外囲器９の内面の支持体８を固定する位置の間で、外囲器９の外側から圧力を加えることによって、支持体８を固定する位置の間では中心軸からの距離を小さく、支持体８を固定する位置で中心軸からの距離を大きくするように変形する。こうして、ヘリックス４および支持体８の接合体が干渉せずに外囲器９に挿入可能となる隙間を確保する。図７では、変形する様子を誇張して描いているが、外囲器９の弾性変形の範囲で変形させる。
【００２６】
弾性変形により外囲器９の隙間を確保している状態で、ヘリックス４および支持体８の接合体を、外囲器９へ挿入する。外囲器９の変形は弾性変形によるものであるため、外囲器９に加えている外力を除去すれば、外囲器９は元の形状に復元する。その状態では、ヘリックス支持体８の仮想径１６は外囲器９内径と焼きばめの関係にあることから、しめしろ分の圧力によりヘリックス支持体８と外囲器９が接合される。以上のように、常温での挿入方法においても、ヘリックス支持体８と外囲器９の間に接着剤を使用せず接合することができる。
【００２７】
図６または図７のいずれの挿入方法においても、ヘリックス支持体８と外囲器９のベイン１４との接合で接着剤は使用されない。したがってヘリックス支持体８とベイン１４の間に接着剤が入りこむことが無くなり、ヘリックス支持体８の浮き上がりに伴うヘリックス４の組立精度の悪化を防止できる。またベイン１４は外囲器９成型の際に押出成型又は切削加工などで同時に成型するので、外側から押出し加工するなどベイン１４を二次加工にて成型する過程で力が外囲器９にかかることがない。その結果、二次加工の際に生じるゆがみ、特性劣化を防ぐことになる。
【００２８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ベイン１４およびヘリックス４の組立精度が向上する。
【００２９】
（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２に係るヘリックス型進行波管の断面図である。実施の形態２のヘリックス型進行波管１０は、４本のヘリックス支持体８を備える。実施の形態２では、４本の支持体８が等間隔に配置されるのに合わせて、ベイン１４も支持体８の間の４カ所に配置される。実施の形態１では、ヘリックス４は３本のヘリックス支持体８によって支えられていたが、図８に示すように４本以上のヘリックス支持体８によって支えられていてもよい。
【００３０】
ヘリックス４が４本以上のヘリックス支持体８によって支えられる場合においても、実施の形態１と同様に、ヘリックス支持体８の仮想径１６と外囲器９の内径が焼きばめの関係になるように、外囲器９、ヘリックス４およびヘリックス支持体８の寸法を調整しておく。そして、外囲器９の高温膨張または弾性変形にてヘリックス４およヘリックス支持体８の組立を行う。よってベイン１４と外囲器９の一体化によりヘリックス支持体８と外囲器９の接合に接着剤は不要となり、ヘリックス４の組立制度を向上できる。
【００３１】
ヘリックス支持体８の数が多くなるにつれて、外囲器９の弾性変形によって隙間を確保することが困難になる。しかし、ヘリックス支持体８の数を多くすると、外囲器９の内径と支持体８の仮想径１６の焼きばめの関係のしめしろの圧力でも、外囲器９およびヘリックス４の真円度が向上する。
【００３２】
（実施の形態３）
図９は、本発明の実施の形態３に係るヘリックス型進行波管の断面図である。実施の形態３では、ヘリックス支持体８に代わって、円柱形のヘリックス支持円柱１８を用いる。それ以外は、実施の形態１と同様の構成である。実施の形態１では、ヘリックス４は直方体のヘリックス支持体８によって支えられていたが、図９に示すように円柱のヘリックス支持円柱１８によって支えられていてもよい。
【００３３】
実施の形態３でも、ヘリックス支持円柱１８の仮想径１６と外囲器９の内径が焼きばめの関係になるように、外囲器９、ヘリックス４およびヘリックス支持円柱１８の寸法を調整しておく。そして、外囲器９の高温膨張または弾性変形にてヘリックス４およヘリックス支持円柱１８の組立を行う。実施の形態３の構成でも、実施の形態１と同様の方法で、外囲器９にヘリックス４およびヘリックス支持円柱１８を挿入して固定できる。
【００３４】
直方体のヘリックス支持体８の場合、支持体８のヘリックス４に仮止めした位置と外囲器９の内面の固定位置のずれによって支持体８が傾くと、ヘリックス４の中心軸の位置が外囲器９の中心軸からずれる。ヘリックス支持円柱１８の場合は、ヘリックス４に仮止めした位置と外囲器９の内面の固定位置のずれによってヘリックス支持円柱１８が傾いても、ヘリックス４の外面と外囲器９の内面の距離は変化せず、ヘリックス４の中心軸の位置は保たれる
【００３５】
図１０は、実施の形態３に係るヘリックス型進行波管の異なる例を示す断面図である。
図１０に示すように円柱のヘリックス支持円柱１８が４本以上であってもよい。図１０の構成は、実施の形態２の構成で、ヘリックス支持体８をヘリックス支持円柱１８に代えたものである。
【００３６】
ヘリックス４が円柱形のヘリックス支持円柱１８によって支えられている場合でも、実施の形態１と同様に外囲器９の高温膨張または弾性変形によって、ヘリックス４およびヘリックス支持円柱１８の外囲器９への組立が可能である。実施の形態３でも、ベイン１４と外囲器９の一体化によりヘリックス支持円柱１８と外囲器９の接合に接着剤は不要となり、ヘリックス４の組立精度を向上できる。
【符号の説明】
【００３７】
１  電子銃
２  永久磁石
３  ポールピース
４  ヘリックス（螺旋型伝送線路）
５  入力窓
６  出力窓
７  コレクタ
８  ヘリックス支持体
９  外囲器
１０  ヘリックス型進行波管
１４  ベイン（装荷素子）
１５  ベインの仮想径
１６  ヘリックス支持体の仮想径
１８  ヘリックス支持円柱
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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